中国环境科学 2016,36(12)：3784~3792 China Environmental Science 鲴对食微囊藻鲢鳙排泄物及藻活性的作用研究 郭艳敏1，高月香2，张毅敏2*，孙丽伟1*，何东2，巫丹2(1.东南大学能源与工程学院，江苏南京 210096；
2.环境保护部南京环境科学研究所，江苏南京 210042)
摘要：开展室内模拟实验，研究鲢、鳙和鲴不同混养系统中排泄物的量及微囊藻活性的变化.实验设置鲢鳙组合，鲢鳙鲴组合以及对照组，其中鲢鳙生物量放养比例为3:1，鲢鳙鲴组合中生物量放养比例为3:1:1，实验周期14d.结果显示，鲢鳙组和鲢鳙鲴组均能降低微囊藻密度，两组无显著差异(P>0.05)，但是均极显著小于对照组(P<0.01).混养鲴鱼可以降低排泄物的量及微囊藻的被消化率，鲢鳙鲴组排泄物的量在第4d 开始下降，实验结束时是鲢鳙组的16.08%.鲢鳙鲴组微囊藻的被消化率，第5d后快速增长，至实验结束达到85.9%，极显著高于鲢鳙组(P<0.01).鲢鳙组和鲢鳙鲴组排泄物中的氨基酸和总氮含量相比未被摄食微囊藻减少率分别为33.17%、53.62%和34.97%、54.27%.鲢鳙鲴组和鲢鳙组排泄物光能活性(F v /F m、F v /F o、Yeld、q P及NPQ表示)和生长活性差异(EPS、Chla表示)较大，鲢鳙组微囊藻叶绿素荧光参数(除NPQ外)值经过短暂的下降后开始增长，而鲢鳙鲴组F v /F m、F v /F o、Yeld及q P在培养过程中下降显著，且至第5d后叶绿素荧光参数(除NPQ外)均极显著低于鲢鳙组(P<0.01).鲢鳙鲴组NPQ呈 上升的趋势，且第7d后极显著高于鲢鳙组(P<0.01).在排泄物培养期间，鲢鳙鲴组排泄物中微囊藻的胞外多糖(EPS)含量、叶绿素a(Chl a)浓度不断下降，至实验结束极显著低于鲢鳙组(P<0.01).结果表明，在鲢鳙控藻的基础上，混养鲴鱼可以减少鲢鳙摄食微囊藻后的排泄物，同时降低排泄物中微囊藻活性，减少了因鲢鳙排泄物引起的水环境污染和生态影响. 关键词：鲴鱼；鲢；鳙；混养；排泄物；藻活性
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2016)12-3784-09
Effect of Xenocypris microlepis on feces and microcystis activity from microcystis-dietary silver carp and bighead carp. GUO Yan-min1, GAO Yue-xiang2, ZHANG Yi-min2*, SUN Li-wei1*, HE Dong2, WU Dan2 (1.School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China；2.Nanjing Institute of Environmental Science, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China). China Environmental Science, 2016,36(12)：3784~3792 Abstract：Effects on the amounts of feces and the activity of microcystis by the introduction of the different combination of Silver carp, bighead carp and Xenocypris microlepis were studied in indoor simulation experiments. During the experiment,three groups were set up: silver carp and bighead carp group, silver carp、bighead carp and Xenocypris microlepis group, blank control group, and the biomass proportion of silver carp and bighead was carp 3:1. The results showed that in both experimental groups, the densities of Microcy
stis aeruginosa were significantly reduced than blank control group (P<0.01). The feces weight in silver carp and bighead carp group continually increased, however, which of polyculture of Xenocypris microlepis group reached maximum on the 4th day, then declined rapidly, and finally was 16.08% of silver carp and bighead carp group at the end of the experiment. There were no obvious change in algae digestibility in silver carp and bighead carp group, while the algae digestibility of the polyculture of Xenocypris microlepis gruoup appeared rapid growth from 5th day, reached 85.9% at the end of the experiment, which was significantly higher than the silver carp and bighead carp group (P <0.01). The amino acid and nitrogen content in the feces of experimental groups decreased compared with those undigested Microcystis aeruginosa: the decrement in silver carp and bighead carp group were 33.17% and 53.62% and those in polyculture of Xenocypris microlepis were 34.97% and 53.62%, respectively. Furthermore, after Microcystis aeruginosa was digested by fish, chlorophyll fluorescence parameters (except NPQ) was significantly lower than the blank control group (P<0.05), but NPQ was significantly higher than the blank control group (P<0.05). Chlorophyll fluorescence parameters (except NPQ) in silver carp and bighead carp group increased after a brief
收稿日期：2016-05-06
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项课题(2012ZX07101-007)
* 责任作者, 张毅敏, 研究员, ; 孙丽伟, 责任作者, 副教授, liwei-sun@
全自动打胶机12期郭艳敏等：鲴对食微囊藻鲢鳙排泄物及藻活性的作用研究 3785
decreasing. F v /F m、F v /F o、Yield and q P values in polyculture of Xenocypris microlepis group early rapidly declined at first,
tended to be stable after the 11day, and 5days later were significantly lower than that of silver carp and bighead carp group
(P<0.01). NPQ in polyculture of Xenocypris microlepis group showed ascendant trend, and then was significantly higher than
that of silver carp and bighead carp group after the 7th day (P<0.01).During the feces cultivation, the EPS and Chla of feces
in polyculture of Xenocypris microlepis group continually decreased, and until the end of the experiment, they was
significantly lower than those of silver carp and bighead carp group (P<0.01).Beside the introduction of silver carp and
bighead carp, the polyculture of Xenocypris microlepis could reduce the feces of silver carp and bighead carp by feedingc型钢是怎么做成的
Microcystis aeruginosa and further reduce the activity of the algae in feces therefore, improved the removal effect caused by
Microcystis aeruginosa, provided theoretical basis for biomanipulation mode of polyculture of Xenocypris microlepis.
Key words：Xenocypris microlepis；silver carps (Hypophthalmichthys molitrix)；bighead carp；polyculture；feces；algae
activity
为控制藻类水华，遏制水体的富营养化进程，通过对武汉东湖的长期调查和围隔实验提出了非经典的生物操纵理论，即控制凶猛鱼类和放养食浮游生物的滤食性鱼类(鲢、鳙等)直接控藻，改善水生态环境[1-3].但其他研究表明鲢鳙对水华蓝藻(微囊藻)的消化利用率只有25%~30%[4]，未消化的微囊藻随排泄物的分解重新进入水体.实验还表明，鲢鱼在10d之内排出的粪便重量几乎等于其自身的重量[5]，并且发现未消化微囊藻经鲢、鳙代谢后其生长速率和光合活性均得到了增强[6-7]，排泄物中大量的活 性微囊藻重新进入水体，可能引起水华藻类生物量的激增[8-9].底层鱼类可以摄食利用水底碎屑，促进泥水界面的物质交换和水体的自净，在生态系统物质循环和能量流动中起着重要作用，因此构建底层鱼类—鲢鳙鱼—藻类食物链对富营养化水体的净化以及藻类的控制有很重要的意义.底层鱼类—细鳞斜颌鲴(Xenocypris microlepis，以下简称鲴鱼)，俗名有沙姑子、黄尾刁子、黄片等，它肉质鲜美、生长快，是一种优良的养殖对象[10].研究发现该鱼鳃耙排列紧密，消化能力极强，下颌前有比较发达的角质边缘，能充分刮取和摄食能使水质污染的腐殖质、各种固有的藻类及上层鱼类排泄物的有机碎屑，有水底“清洁工之称”[11].张毅敏等[12]对鲴和三角帆蚌进行混养，结果表明鲴和三角帆蚌组合的协同控藻作用明显，藻细胞去除率最高可达(86.11±0.30)%，而且鲴鱼在不同水温条件下对铜绿微囊藻均具有较强的控制作用[14].在养殖池塘中混养鲴鱼，不仅明显提高养殖效益，而且有效改善水质，提高溶解氧含量，降低氨氮和亚硝酸盐氮的浓度[14-15].鲴鱼可以摄食消化鲢鳙摄食微囊藻后的排泄物，鲴鱼的摄食活动是否减少鲢鳙摄食微囊藻后的排泄物，并影响微囊藻的被消化率及活性有待进一步研究.
基于鲴鱼的摄食特性，本文采用室内模拟实验，在模拟的富营养化水环境分别放养鲢鳙鲴和鲢鳙，研究鲴鱼对鲢鳙控藻过程中排泄物及微囊藻活性的变化，旨在了解鲴鱼在控藻食物链中的摄食作用，为鲢鳙鲴联合操纵控藻改善水质提供依据.
1 材料与方法
1.1实验材料
简易淋浴器实验用鱼：鲢鱼(Hypophthalmichthys molitrix)：体重:(35.34±2.25)g；体长:(12.54± 0.78)cm，鳙鱼(Aristichthysnobilis)：体重:(45.48± 3.75)g；体长:(13.24±0.69)cm，鲢鳙均为春片，由芜湖红鑫生态农业有限公司提供.鲴鱼：体重: (14.45±4.43)g；体长:(10.25±0.63)cm，鱼龄接近一龄，从湖南醴陵市国家鲴鱼良种场引种.
实验装置：白塑料圆桶，体积100L，高63cm、顶部直径52cm、底部直径40cm.
实验用水：采用自来水(充氧泵曝气除氯)、微囊藻(藻密度约为8×107cells/L)和一定量的化学药剂(0.92g K2HPO4、1.54g NaNO3) 在恒温循环水槽中混合而成.混合均匀后再分装到各白塑料圆桶中.
微囊藻：从中科院水生生物研究所购得的纯
3786 中 国 环 境 科 学 36卷
种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa )藻种，采用BG11培养基扩大培养以实验备用，培养温度为(25±0.5)℃，光照强度为2000lx,24h 曝气，光暗比为12h:12h. 1.2 实验方法
实验设置3组，鲢鳙组、鲢鳙鲴组和对照组，每组设3个平行.1#~3#放鲢鳙鱼(4尾鲢鱼,2尾鳙鱼)、4#~6#桶放鲢鳙鲴鱼(4尾鲢鱼,2尾鳙鱼,5尾鲴鱼)、7#~9#桶不放鱼，作为对照组，排除因微囊藻自身生长繁殖衰亡对实验结果产生的干扰.供试前对鲢鳙鲴鱼驯养3周以使鱼适应新环境，再放在清水中饥饿
处理3d，以排空肠道.选其中健康活泼、大小相近的个体作为实验材料.实验水桶上方均装有可调日光灯来调节光照，实验时光照保持在2700lx，每日光照时间为08:00~18:00, 24h 曝气.实验时间2015年9月11~25日，共计14d.取样时间为上午9:30，每2d 进行监测.测定的指标有：藻细胞密度、单位面积沉积碎屑质量、消化率(A ).
在实验结束后，收集不同放鱼实验组中条状排泄物.一部分离心，冷冻干燥分析氨基酸组成；一部分用去离子水缓缓冲洗排泄物表面附着物后转入盛有经GF/A 膜过滤的某富营养化池塘水的锥形瓶中超声振荡打匀，进行培养.培养了17d，每2d 取样测定叶绿素a 、胞外多糖浓度以及藻类叶绿素荧光参数.
1.3 指标测试与分析方法
藻密度采用血小板计数法测定[16]. 实验桶底沉积碎屑质量:
G =0
a m m S s
−⋅ (1)
式中:m a 为实验开始第a d 玻璃皿的质量和沉积碎屑的质量,g;a 取2,4,6,8,10,12,14;m 0为实验开始前
玻璃皿的质量,g;s 为玻璃皿的面积,cm 2;S 为实验桶底面积,cm 2. 实验前对直径为900mm 的玻璃皿称重、标记，然后每个实验水桶放进7个玻璃皿.实验开始后，每隔1d，取出一个玻璃皿(取出前加盖，防止碎屑流失)，将玻璃皿中含有碎屑的悬浊液，在恒温电磁搅拌器上搅拌均匀，用100mL 量筒定容，定容后取10mL 的悬浊液，加入1.5%的鲁哥试剂固定，进行藻类的计数，活藻总数记为z ；量筒中剩余悬浊液用GF/C 膜过滤，将玻璃皿与滤膜干燥、称重.
消化率的计算公式为:
00()(%)()
t t C C V Z
A C C −×−=
− (2)
式中:V 为实验水的体积,L;C 0为实验开始时的藻密度,cells/L;C t 为实验开始第t d 的藻密度, cells/L,t 取2,4,6,8,10,12,14;Z 为鱼排泄物中活藻总数,cells.
Z 10S
z s
= (3)
叶绿素a 浓度经热乙醇法提取后，利用紫外分光光度计比测定后计算得出[17].
氨基酸含量的测定：冷冻干燥至恒重的微囊藻及排泄物，参照GB/T18246-2000[18]进行常规酸水解处理.精密称取样品约200mg，加6mol/L 盐酸溶液10mL，充入氮气，迅速封口，在110℃烘箱中沙浴水解24h，然后开管，迅速置于水浴上蒸发干燥，残物用0.02mol/L HCl 稀释成一定浓度，经高速离心后，送入全自动氨基酸分析仪S -433D，测定氨基酸含量组成.
游离胞外多糖浓度：取10mL 藻液,12000r/ min 离心20min，用Whatman GF/C 滤膜抽滤后，将上清液移入截留分子量为3500的透析袋中，加去离子水透析72h，并用磁力搅拌器搅拌，每12h 换1次去离子水.透析结束后，取透析过的多聚糖样品1mL 于试管中，利用蒽酮硫酸法对游离胞外多糖(EPS)含量进行测定.
叶绿素荧光参数测定：利用叶绿素荧光仪PAM -100，按照李晓等[19]的方法对藻类叶绿素荧光参数进行测定.暗适应15~20min 后测量，进行淬灭分析，选取达到稳定后的荧光值进行统计分析.叶绿素荧光的主要参数包括：基础荧光F o，最大荧光F m，可变荧光F v，光下基础荧光F'o，光下
最大荧光F'm，光下可变荧光F'v，最大光能转化效率F v/F m,PS Ⅱ潜在活性(F v/F o)，实际光能转化效率(Yield)，光合电子传递速率(ETR)，光化学淬灭(q P)，非光化学淬灭(NPQ). 1.4 实验数据处理 数据采用Excel2007和Origin7.5软件处理
12期 郭艳敏等：鲴对食微囊藻鲢鳙排泄物及藻活性的作用研究 3787
并采用单因素方差分析.
2 结果与分析
2.1 鲴鲢鳙组合系统中藻密度及排泄物沉积含量的变化
0 2 4 6
8
10
12
14
时间(d)
细胞密度(×105
c e l l s /L )
0 2 4 68
10 12
14
排泄物含量(g )
时间(d)
图1 实验期间藻细胞密度、排泄物沉积量随时间变化 Fig.1 The variations of cell density 、faces deposition
during the experiment
如图1所示，实验开始后由于鱼类对微囊藻的
摄食作用，鲢鳙组和鲢鳙鲴组藻细胞密度均有显著降低，自第2d 后均极显著低于对照组(P <0.01).实验前期，鲢鳙组和鲢鳙鲴组藻细胞密度均快速下降，没有显著差异(P >0.05).鲢鳙组在第10d 降至实验期间最小值，随后呈现缓慢增长的趋势，而鲢鳙鲴组藻细胞密度继续降低，至第14d 鲢鳙鲴组藻细胞密度显著低于鲢鳙组(P <0.05).对照组前2d 微囊藻密度基本不增加，甚至有较小的减小，第2d 后由于水体中有丰富的营养物质以及适宜的生长温度和光照等条件微囊藻迅速增殖，藻细胞密度因而也迅速增大，并最终趋于稳定.
鲴鱼与鲢鳙联合控藻对排泄物沉积量的影响见图1.对照组沉积物的量在实验期间呈现上
升趋势，但一直在(0~0.2)g 之间变化，是部分微囊
藻自然衰亡后的沉降.实验前期，鲢鳙组和鲢鳙鲴组排泄物的沉积量均增长迅速，鲢鳙组排泄物的
沉积量在第10d 达到最大值，随后呈现缓慢减少的趋势，而鲢鳙鲴组排泄物的沉积量在第4d 达到最大值，随后快速减少，第4d 开始，鲢鳙鲴组排泄
物的沉积量极显著低于鲢鳙组(P <0.01)，但均极
显著高于对照组(P <0.01)，第10d 相差最大为
12.11g，实验结束时鲢鳙鲴组排泄物沉积量含量
只有鲢鳙组的16.08%.
2.2 鲴鲢鳙组合系统中微囊藻的被消化率及排泄物组成的变化
246810 12 14
20406080100
时间(d)
消化率(%)
数据线接头图2 消化率随时间的变化
Fig.2 The variations of digestion rate during experiment 表1 微囊藻、鲢鳙及鲢鳙鲴排泄物的氨基酸及氮含量
(干重%)
Table 1 The composition of amino acids of Microcystis 、feces of silver carp 、bighead and feces of silver carp 、
bighead 、Xenocypris microlepis
成分 微囊藻
鲢鳙排泄物
鲢鳙鲴排泄物
总氨基酸 45.13 30.16 20.93
氨基酸减少率
33.17 53.62
氮 6.32 4.11 2.89
氮减少率 34.97 54.27
鲢鳙组微囊藻的被消化率在实验前期，一直在26%左右波动，第11d 后，消化率呈现小幅度的增长.鲢鳙鲴组微囊藻的被消化率在初期增速平缓，且与鲢鳙组无明显差异.第5d 后，鲢鳙鲴组微
3788 中 国 环 境 科 学 36卷
囊藻的被消化率快速增长，至实验结束达到85.9%，极显著高于鲢鳙组(P <0.01)(图2).
排泄物中氨基酸(共17种)主要有谷氨酸(2.41~3.94%)、天冬氨酸(2.58~3.50%)、丙氨酸(1.84~2.75%)等，鲢鳙组和鲢鳙鲴组排泄物中氨基酸总含量和氮含量分别为30.16%、20.93%和
4.11%和2.89%(表1)，与未被摄食铜绿微囊藻相比减少率分别为33.17%、53.62%和34.97%、54.27%，比较发现鲢鳙鲴组可以明显提高对铜绿微囊藻氨基酸和氮含量的去除率.
2.3 鲴鱼与鲢鳙联合控藻对排泄物叶绿素荧光参数的影响
2 4 68101214 16 时间(d)
P S I I 最大光能转化效率F v /F m
246
81012 14 16
0.00
0.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00时间(d) P S I I 潜在光合活性F v
/F o
2 4 6
810
12 1416
0.00
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 时间(d) P S I I 实际光能转化效率Y i e l d
246
羟甲基丙烯酰胺
810 12 14 16 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.0010.0011.0012.00
时间(d) 光合电子转化速率E T R
2 4 681012 1416
时间(d)
光化学猝灭q P
246810 12 14 16
0.20
0.30大灯高度可调
0.40
0.50
0.60时间(d)
非光化学猝灭N P Q
图3 不同鱼类组合排泄物培养期间藻类叶绿素荧光参数(F v/F m 、F v/F o 、Yield 、ETR 、q P 、NP
Q)随时间的变化 Fig.3 Time dependent course of cyanobacteria photosynthetic activity after passage through the digestive tract of fish in
different experimental group
12期郭艳敏等：鲴对食微囊藻鲢鳙排泄物及藻活性的作用研究 3789
微囊藻经鱼类摄食后，叶绿素荧光参数(除NPQ外)与对照组相比，均有所降低(如图3).鲢鳙鲴组排泄物初始值F v /F m、F v/F o和Yield极显著低于对照组(P<0.01)，分别为对照组的81.6%、82.1%和77.3%,0%,q P初始值为对照组的82.8%，鲢鳙组排泄物初始q P显著低于对照组(P<0.05)；而鲢鳙鲴组初始NPQ显著高于对照组(P<0.05).排泄物藻类培养期间，鲢鳙组藻类的F v/F m、F v/F o及q P前期下降，从第3d开始恢复增长，第11d达到最大值，后期均极显著高于对照组(P<0.05)；鲢鳙鲴组F v/F m、F v/F o、Yield及q P 前期快速下降，第11d后趋于稳定，且鲢鳙鲴组叶绿素荧光参数(除NPQ外)至第5d后均极显著低于鲢鳙组，实验后期随着鲢鳙鲴组排泄物藻类的衰亡及鲢鳙组排泄物藻类活性的恢复，鲢鳙鲴组与鲢鳙组之间的差距逐渐增大.鲢鳙组排泄物藻类ETR前期下降，在第5天达到最小值，随后不断增大，且始终高于鲢鳙鲴组，后期达到显著水平(P<0.01).鲢鳙鲴组排泄物藻类NPQ前期略低于鲢鳙组，后期却极显著高于鲢鳙组(P<0.01)，鲢鳙组排泄物藻类前期极显著高于对照组(P<0.01)，后期极显著低于对照组(P<0.01)后期极显著低于对照组(P<0.01).
2.4鲴鱼与鲢鳙联合控藻对排泄物Chl a浓度及EPS含量的影响
鲴鱼与鲢鳙联合控藻对排泄物Chl a浓度影响(图4).鲢鳙组排泄物Chl a浓度在初期有小幅度的下降，第5d后快速增长，后期增速平缓.鲢鳙鲴组排泄物Chl a浓度在初期、后期下降幅度较小，实验期间总体低于鲢鳙组.第5d后，鲢鳙鲴组排泄物Chl a浓度极显著低于鲢鳙组，实验结束时鲢鳙鲴组排泄物Chl a浓度是鲢鳙组的17.11%.对照组Chl a浓度在125~150µg /L之间波动，实验期间总体在鲢鳙鲴组和鲢鳙组之间，且初期高于鲢鳙组和鲢鳙鲴组.
鲢、鳙滤食对藻类细胞密度的影响(见图4).鲢鳙组排泄物培养期间EPS含量增长迅速.鲢鳙鲴组排泄物EPS含量在初期增长幅度较小，第3d 开始不断下降.自第5d后，鲢鳙鲴组排泄物EPS 含量极显著低于鲢鳙组(P<0.01)，第18d相差最大为42mg/L.对照组藻类EPS含量在实验期间变化不大.
246810 12 14 16
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
时间(d)
叶
绿
素
a
浓
度
(
µ
g
/
L
)
246810 12 14 16
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
时间(d)
游
离
胞
外
多
糖
浓
度
(
m
g
/
L
)
图4 不同鱼类组合排泄物培养期间藻类Chla浓度及
EPS含量随时间变化
Fig.4 Chl a and extrtracellular exopolysaccharide
concentrations in different experimental group
3 讨论
本研究中，实验后期鲢鳙组的排泄物含量呈现下降趋势，微囊藻细胞密度却逐渐上升.闫玉华等[20]指出鲢、鳙排泄物中存在大量未消化的微囊藻，而这些微囊藻细胞可能参与体的增殖.研究表明以微囊藻占优势时，经过鱼类的肠道往往只是粘附在上面胶壳[21]被消化吸收，在营养物质丰富情况下，胶鞘破坏有利于其繁殖[22].排泄物初入水体，表面有一层胶状物，随着鲢鳙的摄食活性，沉积下来的排泄物增多，但随着水中细菌等微生物的作用，排泄物被分解而再次进入水体，且鲢鳙排泄物中未消化微囊藻活性增强，致使微囊藻生物量增加[9].值得注意的是，鲢鳙鲴组微囊藻细
